Cómo realizar cálculos estequiométricos (1)

Al abordar problemas de reacciones químicas en los que hay que hacer cálculos de cantidades que se gastan de reactivo o que se forman de producto (lo que llamamos cálculos estequiométricos) siempre hay que tener en cuenta que las sustancias reaccionan unas con otras guardando unas ciertas proporciones. Cuando ajustamos la ecuación química, los índices que ponemos delante de cada sustancia (llamados coeficientes estequiométricos) nos dan la proporción en que se gastan los reactivos o se forman los productos… en moles.

Un ejemplo sencillo

Si analizamos la reacción C4H10 + O2 → CO2 + H2O y la ajustamos (C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O) los coeficientes estquiométricos nos informan que por cada mol de butano que reaccione se gastarán 13/2 moles (o lo que es lo mismo, 6,5 moles) de oxígeno, y se formarán 4 moles de dióxido de carbono y 5 moles de agua. Esos números corresponden a moles. Ése es el secreto.

¿Y cómo hago los cálculos?

A PARTIR DE MASAS:

  • Si nos dan la masa de una sustancia pura, la pasamos a moles con la masa molar.
    20 g de NaOH: n_{NaOH} = \frac{m}{Mm} = \frac{20g}{40g\cdot mol^{-1}} = 0,5 moles
  • Si nos dan la masa de una mezcla, calculamos la cantidad de la sustancia pura que participa en la reacción con ayuda de la riqueza, y la pasamos a moles con la masa molar
    20 g de NaOH con una riqueza del 75%: n_{NaOH} = \frac{m}{Mm} = \frac{20g\cdot0,75}{40g\cdot mol^{-1}}= 0,375 moles

A PARTIR DE VOLÚMENES DE LÍQUIDO:

  • Si nos dan el volumen de una sustancia pura en estado líquido, la pasamos a gramos con la ayuda de la densidad y éstos a moles con la masa molar
    180 mL de agua (d=1 g/mL):
    m = d·V = 1 g/mL · 180 mL = 180g
    n_{agua} = \frac{m}{Mm} = \frac{180g}{18g\cdot mol^{-1}} = 10 moles
  • Si nos dan el volumen de una mezcla en estado líquido, la pasamos a gramos con la ayuda de la densidad, calculamos la cantidad de la sustancia pura que participa en la reacción con ayuda de la riqueza y estos gramos a moles con la masa molar
    180 mL de una mezcla de agua con una riqueza del 75% (d=1 g/mL):
    m = d·V = 1 g/mL · 180 mL = 180g
    magua = mmezcla · R = 180 g · 0,75 = 135 g
    n_{agua} = \frac{m}{Mm} = \frac{135g}{18g\cdot mol^{-1}} = 7,5 moles

A PARTIR DE VOLÚMENES O PRESIONES DE GASES

  • Aplicamos la ley de los gases ideales (P·V = n·R·T), siempre teniendo en cuenta que la presión debe estar expresada en atmósferas, el volumen en litros y la temperatura en Kelvin
    11,2 L de dióxido de carbono a 1 atm y 0ºC: n = \frac{P\cdot V}{R\cdot T} = \frac{1\cdot 11,2}{0,082\cdot 273}= 0,5 moles

Es decir, cualquier cantidad que tengamos de reactivo o se forme de producto hay que «traducirla» a moles, les aplicamos las proporciones que indiquen los coeficientes estequiométricos y los moles calculados de cada sustancia los podemos volver a «traducir» a lo que haga falta: masa, volumen, presión, etc.

En el próximo artículo veremos cómo llevar todo esto a la práctica con un ejercicio real.

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